Plasma Wakefield Accelerator Research 2019 - 2040: A community-driven UK roadmap compiled by the Plasma Wakefield Accelerator Steering Committee (PWASC)
在激光或光束驱动的等离子体尾场加速器中产生的加速度梯度通常比传统加速器产生的加速度梯度大三个数量级，因此等离子体加速器可以开辟新一代非常紧凑的机器的路线。此外，基于等离子体的加速器可以产生具有独特特性的光束，例如数十千安培的峰值电流，阿秒聚束持续时间，超高亮度和固有的粒子束-激光脉冲同步。在这份路线图中，我们回顾了英国等离子体加速器研究的现状。我们概述了潜在的应用，描述了研究和开发所需的，使这些应用程序，并讨论与相关领域的研究协同作用。我们还列出了实现这些目标所需的资源，并为关键领域的进展提供了时间轴。
2019-04-19 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
A New Type of Plasma Wakefield Accelerator Driven by Magnetowaves
提出了磁波驱动等离子体尾场加速器的新概念。这个概念最初是作为一个可行的机制提出的“宇宙加速器”，将加速宇宙粒子到超高能量的天体物理设置。与更熟悉的等离子体尾场加速器（PWFA）和激光尾场加速器（LWFA）不同，其中驱动器，带电粒子束和激光是独立存在的实体，MPWA调用高频和高速哨声模式作为驱动器，这是一种不能存在于等离子体之外的中波。除了驱动因素的不同，通过有质动力势激发等离子体尾流场的基本机制是共同的。我们的计算机模拟表明，在适当的条件下，等离子体尾场保持非常高的相干性，并可以维持高梯度加速超过许多等离子体波长。我们认为，除了它的天体应用，MPWA的概念也可以是陆地上的效用。MPWA的原理验证实验将有利于地球和天体加速器概念。
2008-08-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stability condition for the drive bunch in a collinear wakefield accelerator
研究了基于结构的共线尾场加速器中驱动聚束的分裂不稳定性，提出了一种稳定化方法。该方法包括采用特殊设计的束流聚焦通道，沿电子束团施加能量啁啾，并在驱动束团减速过程中保持能量啁啾恒定。一个稳定性条件的推导，定义的限制加速场的见证聚束。
2017-12-08 physics.acc-ph
Development of an achromatic spectrometer for a laser-wakefield-accelerator experiment
University of Oslo（奥斯陆大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）
本文提出了一种色散谱仪的设计，用于诊断和优化等离子体相互作用，通过非线性等离子体透镜实现高发散和能量分散电子束的高分辨率分析。
2025-05-16 physics.acc-ph
High average gradient in a laser-gated multistage plasma wakefield accelerator
由粒子束驱动的等离子体尾场加速器能够提供比目前使用的射频技术高几个数量级的加速梯度，这可以减少粒子加速器的长度，这对未来TeV能量的对撞机的发展和X射线自由电子激光的最小化产生了巨大的影响。由于等离子体间的成分和距离是加速器总长度的最大贡献者之一，分级等离子体加速器的设计是最重要的悬而未决的问题之一，以使这项技术的工具。在这里，我们提出了一个新的概念，以优化等离子体间的距离在一个阶段的光束驱动的等离子体加速器的驱动光束耦合在时域和门控加速器通过飞秒电离激光。
2022-10-05 physics.acc-ph
Manifold Damping of Transverse Wakefields in High Phase Advance Traveling Wave Structures and Local Damping of Dipole Wakefields in Standing Wave Accelerators
在高梯度（超过70 MV/m）下运行的SLAC/KEK DDS（阻尼失谐结构）X波段直线加速器最近被发现受到加速器结构击穿的限制，并且因此对单元发生严重损坏，使得结构不能运行。SLAC最近的一系列实验表明，如果加速模式的群速度降低，则结构中的电弧会显著减少，此外，还发现缩短加速结构的长度也会限制击穿事件的数量和强度[1]。然而，在设计新的加速结构时，必须注意确保束流诱导的横向尾流场不会导致束流变得不稳定。在这里，我们报告阻尼横向尾流场在两个不同的短结构：90厘米的行波结构中的尾流场耦合到四个附加的流形，其次，在一个驻波结构中，有限数量的细胞严重阻尼下来的尾流场。[1]C. Adolphsen，ROAA 003，这个确认
2001-07-19 physics.acc-ph
Formation of Temporally Shaped Electron Bunches for Beam-Driven Collinear Wakefield Accelerators
利用慢波结构或等离子体工作的束流驱动共线尾场加速器（CWA）在减小当代加速器尺寸方面具有很大的前景。在CWA中，带电粒子向高能量的可持续加速依赖于使用具有高度不对称的峰值电流分布和大能量啁啾的场生成相对论电子聚束。提出了一种新的方法来获得这样的束，并说明了粒子跟踪模拟支持的加速器设计。它已被证明，所需的粒子分布在纵向相空间中，可以得到没有准直器，给CWAs的就业机会，在应用中需要高重复率的操作。
2021-01-19 physics.acc-ph
Minimization of Transverse Wakefields in the NLC Accelerator Structures
多束电子通过数千个加速器结构的过程会产生尾场，如果不加以控制，尾场将使连续的束离开加速器的轴，并且至少会稀释最终碰撞束的最终亮度，或者在最坏的情况下会导致BBU（Beam Break Up）不稳定性。为了将尾流场阻尼到行波结构可接受的水平，我们对单元的频率进行失谐，并将场耦合到四个相邻的流形。在以前的结构中，优化几百个单元的歧管-单元耦合和改变分布的带宽参数是通过试错过程实现的。在这里，我们报告一个优化的Fortran代码，已专门编写的目的是最小化的RMS和标准偏差的总和尾场的平方和。稀疏矩阵技术被用来减少每个频率步长所需的计算时间。尾流场被最小化，同时确保不会由于槽切入加速器单元以耦合出尾流场而发生显著的局部表面加热。
2002-08-17 physics.acc-ph
Staging of High-Gradient Wakefield Accelerators
用高梯度尾流场加速器将粒子加速到高能量可能需要使用多个级。由于高发散度和不可忽略的能量扩散，将光束从一个级耦合到另一个级可能是困难的。我们审查的挑战，技术要求和目前提出的解决分期问题的方法。
2020-07-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Physics of beam self-modulation in plasma wakefield accelerators
自调制不稳定性是目前质子束作为等离子体尾场加速驱动器的一个关键因素。数值研究了均匀等离子体和具有小密度上升阶跃的等离子体中束流不稳定性的发展。台阶参数提供了最强的建立尾场，并确定了稳定的聚束训练形成的机制。
2015-03-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Obtaining the Wakefield Due to Cell-to-Cell Misalignments in a Linear Accelerator Structure
一个直线加速器结构，例如将用于JLC/NLC对撞机的直线加速器，由大约100个单元组成。电池被构造为钎焊在一起以形成结构的单个杯。制造误差将导致沿着成品结构的轻微的单元到单元的未对准。在这份报告中，我们推导出一个近似的横向尾流场的结构与细胞到细胞的错位方面的本征函数和本征值的错误的结构。
2001-01-27 physics.acc-ph
Intrinsic Stabilization of the Drive Beam in Plasma Wakefield Accelerators
驱动束流的软管不稳定性是影响等离子体尾场加速器稳定运行的主要问题。在这项工作中，我们表明，驱动光束的横向尺寸相当于等离子体吹出半径产生一个尾流与沿光束的变化聚焦，这导致了快速失谐的切片感应加速器振荡和抑制的不稳定性。这种固有的稳定原理提供了一种适用且有效的方法，用于抑制驱动梁的振荡，并允许稳定的加速过程。
2018-06-29 physics.acc-ph
Radial equilibrium of relativistic particle bunches in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器的线性或弱非线性区域中，驱动粒子束很快与尾场达到径向平衡，这是第一次详细描述。结合解析关系、数值积分和第一性原理模拟，得到了平衡束流状态和自洽尾流场。在平衡态中，束流密度在轴附近强烈地达到峰值，束流半径沿着束流是恒定的，并且聚焦强度的纵向变化通过改变束流发射度来平衡。束粒子的横向动量分布依赖于观测半径，既不是可分的，也不是高斯分布。
2016-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Transformer ratio growth due to ion motion in plasma wakefield accelerators
本文报告了等离子体尾场加速器中Langmuir波破裂导致加速电场增强的反直觉效应，其机制是横向波破裂时通过电子的集体流入与单独流出从邻近区域汲取能量。
2023-11-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhancement of electron energy to multi-GeV regime by a dual-stage laser-wakefield accelerator pumped by petawatt laser pulses
激光尾流场加速提供了一个紧凑的电子加速器的承诺，用于产生多GeV的电子束使用由强激光脉冲引起的巨大的场梯度，相比于传统的射频加速器。然而，来自激光尾场加速器的电子束的能量和质量受到驱动激光脉冲的功率和靶介质中的相互作用性质的限制。近年来，随着激光技术的发展，人们已经实现了拍瓦级飞秒激光器，这为激光尾波场加速的研究提供了新的可能性。在这里，我们提出了一个显着增加激光驱动的电子能量的多GeV的水平，利用30 fs，1 PW激光系统。特别是，一个双阶段的激光尾场加速计划（注入器和加速器计划）被施加到提升电子能量超过3 GeV与一个单一的PW激光脉冲。三维粒子模拟证实了PW激光脉冲驱动的双级激光尾场加速器产生的多GeV电子。
2013-09-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Origin and reduction of wakefields in photonic crystal accelerator cavities
支持加速模式的光子晶体（PhC）缺陷腔倾向于在带隙的顶部捕获对应于零群速度PhC晶格模式的不想要的高阶模式（HOM）。从光子带和微扰理论的参数解释的效果相当普遍。在基于蓝宝石棒三角晶格的混合介质光子晶体加速腔中观察到了这种效应引起的横向尾场。平均而言，这些尾场比波导阻尼紧凑型线性对撞机（CLIC）铜腔中的尾场高一个数量级。平移对称的避免（以及因此带隙概念）可以显著改善基于PhC的结构中的HOM阻尼。
2013-09-09 physics.acc-ph
Observation of Plasma-Undulator Harmonics from a Laser Wakefield Accelerator
这篇论文已被作者撤回。分析中的一个假设在实验条件下是不成立的。
2010-03-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stern-Gerlach surfing in laser wakefield accelerators
本文研究了在激光尾流场加速器中加入Stern-Gerlach型洛伦兹力对电子的影响。Stern-Gerlach型的条款被发现产生一个家庭的轨迹描述电子冲浪沿等离子体密度波驱动的激光脉冲。这样的轨迹可能导致电子聚束尺寸的增加，这可能对在未来的自由电子激光中利用这样的聚束的尝试具有影响。
2015-03-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Femtosecond electron and x-ray source based on laser wakefield accelerator
在太瓦级超快高场装置（TUHFF）上研制了一台太瓦级台式相对论电子激光尾场加速源。给出了利用该飞秒电子源对液态水进行超快辐解的初步结果。提出了一种基于超高真空度飞秒激光器的飞秒X射线源。汤姆逊散射的加速电子的反向传播太瓦激光束将被用来产生千电子伏的X射线光子。估计了该X射线源的预期参数。短的脉冲持续时间，高通量，以及良好的准直的X射线光束将有利于超快时间分辨X射线吸收研究的气体，液体和固体中的短寿命瞬态物种。有人认为，溴原子的溶剂化动力学产生的光诱导电子脱离溴化水溶液将使第一个泵探测实验使用这种X射线源的一个方便的选择。
2006-08-09 physics.acc-ph physics.ins-det
Oscillation damper for misaligned witness in plasma wakefield accelerator
针对线性或中等非线性等离子体尾场加速器中外部见证束对中困难的问题，本文提出在其前方亚毫米处加入同源阻尼束团，通过尾场扰动实现见证束自动回轴且无质量损失。
2024-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
1D Longitudinal Beam Dynamics of Laser Plasma Wakefield Accelerator
本文给出了激光驱动下等离子体静电尾流的一维近似解析解，得到了经高阶非线性项修正后的尾流振荡频率，发现尾流振荡频率依赖于尾流和激光的振荡振幅，这是一种普遍的非线性现象。最后分析了静电尾流中的纵向束流动力学，发现高阶项并没有改变纵向相空间的拓扑结构。
2011-03-27 physics.acc-ph
Witness emittance growth caused by driver density fluctuations in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器中，我们发现了一种能引起见证发射度增长的新效应。该效应出现在线性或适度非线性等离子体波中。在驱动光束与等离子体波达到横向平衡所需的时间期间，见证物经历随时间变化的聚焦力并失去质量。见证电荷越高，发射度增长率就越低，因为见证电荷被其自身的尾流场额外聚焦。然而，见证头总是退化，退化和完好部分之间的边界逐渐向后传播沿见证束。
2018-07-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electromagnetic radiation from a laser wakefield accelerator
基于Lienard-Wiechert势计算了激光尾场加速器的相干和非相干电磁辐射。研究发现，在波长大于束团长度时，辐射是相干的。相干辐射通常位于红外范围内，显示出揭示加速过程的细节和电子聚束的特性的特征，例如其持续时间、电荷、能量和相对于尾场轴的偏移。光谱的非相干范围延伸到X射线频率范围，由相当宽的峰组成，这是由加速度引起的。
2008-05-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefields and Instabilities in Linear Accelerators
当带电粒子穿过加速器的真空室时，它会产生电磁场，这些电磁场主要留在产生粒子的后面。这些电磁场反作用于光束并影响其运动。束流与周围环境的这种相互作用导致束流能量损失，改变聚束的形状，并使电子感应加速器和同步加速器的频率发生变化。在高束流时，场甚至会导致不稳定性，从而限制了加速器在束流质量和电流强度方面的性能。我们将在这堂课中讨论电磁场的一般特征，介绍尾流场的概念，并给出几个简单的圆柱几何例子。然后，我们示出的尾流场的影响，在直线加速器中的光束的动态，特别是处理与光束分裂不稳定性和如何治愈它。
2016-01-20 physics.acc-ph
Energy-chirp compensation in laser wakefield accelerators
激光尾波场加速器中的能量扩散主要受到注入和加速过程中引入的能量啁啾的限制。在这里，我们提出并证明了使用纵向密度剪裁，以适应加速领域，并减少啁啾在年底的加速器。三维PIC模拟支持的实验数据表明，宽带电子束可以转换为准单能束的能量分布小于10%，同时保持超过120 pC的高电荷。在尾流场加速的线性和准线性区域中，该方法可以提供甚至更低的、低于百分之一水平的能量扩展。
2018-06-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
New Challenges in Plasma Accelerators: Final Focusing for Wakefield Colliders
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；CERN（欧洲核子研究中心）；Old Dominion University（老道明大学）
本文探讨了等离子体加速器在高能碰撞中最终聚焦系统面临的挑战，并提出了首个10 TeV线性波荡机碰撞器的最终聚焦系统设计及性能评估。
2026-02-17 physics.acc-ph
The transverse wakefield calculated by double circuit model
X波段多束团加速器是产生高亮度、高能效束团的新途径。X波段加速器由于尺寸小、束团多，尾流场严重，除非在加速结构设计中采取强抑制横向尾流场的措施。为了计算结构的横向尾流场，论证了双回路模型计算尾流场的方法及其在结构设计中的应用。
2014-08-12 physics.acc-ph
Multi-Band Dipole And Multipole Wakefields In NLC Traveling Wave Accelerators Using A Wire Measurement Technique
NLC（下一代线性对撞机）结构中的偶极尾场已使用ASSET [1]进行测量，并通过电路模型[2]进行了良好的预测。然而，实验技术既耗时又昂贵。在这里，我们报告的反冲因子和同步频率的确定第一次和更高阶偶极子带TW（行波）加速器通过有线测量技术。这种独立的技术是相对便宜的，并可能导致尾场参数的有效测定。指出了导线对偶极子带的微扰效应，并讨论了具有有限微扰效应的双线方案。[1]C. Adolphsen，1997，SLAC-PUB-7519 [2] R.M. Jones等人，LINAC 96，SLAC-PUB-7287
2002-06-28 physics.acc-ph
Injection induced by coaxial laser interference in laser wakefield accelerators
提出了一种利用同轴激光脉冲干涉产生高质量光束的新注入方案。在该方案中，相对松散聚焦的激光脉冲驱动等离子体尾场，并且具有相似强度的紧密聚焦的激光脉冲触发干涉环图案，该干涉环图案在等离子体尾场中产生洋葱状的多鞘层。由于紧聚焦激光的聚焦位置后波前曲率的变化，尾流场的最内层鞘层膨胀，这减慢了尾流场的有效相速度并触发等离子体电子的注入。粒子在细胞模拟表明，高品质的电子束具有低的能量扩散（每轧机几个），高电荷（百皮库仑）和小发射度（亚毫米毫弧度），同时可以产生适当选择的两个激光器之间的相位差使用适度的激光参数。
2022-05-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Synchrotron radiation from a curved plasma channel laser wakefield accelerator
在弯曲的等离子体通道中引导的激光脉冲可以激发尾场，该尾场使电子沿着拱形轨迹转向。当电子沿着弯曲的通道加速时，它们发射出同步辐射。我们提出了简单的分析模型和模拟研究激光脉冲引导，尾场产生，电子转向，和同步辐射在弯曲的等离子体通道。对于实验上可实现的参数，~ 2GeV的电子每厘米发射0.1个光子，平均光子能量为多个keV。
2016-11-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The Dielectric Wakefield Resonator Accelerator
我们报告的三通道，矩形，高梯度介质尾场加速器元件，这与共线圆柱形介质尾场设备，不遭受低Transformer比，并可能提供救济从光束分裂不稳定性的初步研究。当配置为谐振器（DWR）时，它可以由一系列适度电荷驱动聚束驱动。这种矩形“锁模”谐振器由三个通道组成，内衬低损耗的介质板：中央较宽的通道是驱动聚束通道，而两个相邻的窄通道用于加速电子和/或正电子聚束;这提供了一个有利的Transformer比。在从谐振器出口反射后，尾波场返回到谐振器入口的时刻，下一个聚束被注入谐振器入口。谐振器的长度也被选择为所需尾波场波长的一半的倍数。矩形几何形状允许谐振器中的尾波场的谐波的叠加。该装置的短长度及其平面配置应允许对射束分裂的管理，并且可以通过使用以$90^{\circ}$增量围绕$z$轴旋转的一系列DWR单元来动态地稳定长的驱动聚束训练。
2017-08-15 physics.acc-ph
Experimental Observation of Motion of Ions in a Resonantly Driven Plasma Wakefield Accelerator
实验证实等离子体尾场加速器中离子运动效应与离子质量成反比，由有质动力驱动，并随尾场振幅变化，表现为束团尾部。
2025-02-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Longitudinal Laser Shaping in Laser Wakefield Accelerators
本文研究了激光尾流场加速器中激光与等离子体相互作用过程中尾流激发的能量学。我们发现，尾流振幅和加速效率（Transformer比）可以通过适当的驱动激光脉冲的纵向轮廓的形状最大化。在激光与等离子体相互作用的非线性区域，导出了相应的激光脉冲族。这样的形状通过允许激光脉冲内的均匀光子减速而提供尾流场的大小和效率的理论上限。我们还构建了现实的最佳脉冲形状，可以产生在有限带宽的激光系统。
2000-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Carrier-Envelope Phase Controlled Electron Injection into a Laser-Wakefield Accelerator
单周期激光脉冲在等离子体中传播时，根据激光载波包络相位（CEP），引起可控的非对称等离子体电子从激光器中排出，形成振荡的等离子体泡。气泡的横向尾流场被修正，呈现周期性调制。提出了一种将单周期低频激光脉冲和多周期高频激光脉冲相结合的激光尾场加速器注入方案。共同传播的激光脉冲形成横向振荡的尾场，该尾场有效地捕获和加速来自背景等离子体的电子。通过调节单周期激光脉冲的初始CEP，可以独立于多周期脉冲来修改注入动力学，从而能够控制电子聚束的空间轮廓。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of Synchrotron Radiation on Staged Plasma Wakefield Accelerators
INFN, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利核物理研究所，弗拉斯卡蒂国家实验室）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
研究级联等离子体尾场加速器中，级间段同步辐射对加速梯度和最终能量达到的影响。
2026-06-24 hep-ex physics.acc-ph
Demonstration of Autonomous Emittance Characterization at the Argonne Wakefield Accelerator
本文针对高亮度加速器中束流发射度自动化表征的难题，提出在Argonne Wakefield Accelerator上应用Bayesian Exploration技术，实现了一种仅需有限操作员输入即可快速自主测量束流发射度的即插即用四极透镜扫描工具。
2023-07-27 physics.acc-ph
Acceleration rate enhancement by negative plasma density gradient in multi-bunch driven plasma wakefield accelerator
本文提出在多束驱动的等离子体尾场加速器中引入负等离子体密度梯度，通过仅调节驱动束与波的相对相位并保持波相位稳定，从而在有限长度内提升被加速束的能量增益。
2024-11-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Capturing Structural Dynamics in Crystalline Silicon Using Chirped Electrons from a Laser Wakefield Accelerator
激光尾场加速的最新进展导致了新一代电子和X射线源的出现，这可能对超快科学产生巨大的好处。这些新的源有望成为不可或缺的工具，在飞秒时间尺度上的结构动力学的调查，与原子尺度上的空间分辨率。在这里，我们演示了使用激光尾场加速电子束的时间分辨电子衍射测量的结构动力学的单晶硅纳米膜泵浦的超快激光脉冲。在我们的概念验证研究中，我们解决了皮秒时间尺度上的硅晶格动力学，通过偏转的动量-时间相关的电子在衍射峰与静态磁场，以获得随时间变化的衍射效率。进一步的改进可能会导致飞秒时间分辨率，可以忽略不计的泵浦探测抖动是可能的未来的激光尾场加速器超快电子衍射计划。
2016-10-20 physics.acc-ph
Downramp-assisted underdense photocathode electron bunch generation in plasma wakefield accelerators
结果表明，高质量的电子聚束的产生和捕获的要求，从欠密度光阴极在等离子体尾场加速器可以大大放宽通过本地化它的等离子体密度下降。这降低了加速电场的相速度，直到所产生的电子同相，从而允许在浅俘获电势中俘获。因此，低密度光阴极技术可应用于更多数量的加速器设施。此外，有效地抑制了暗电流的产生。
2014-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stable and high quality electron beams from staged laser and plasma wakefield accelerators
本文介绍了用激光尾场加速器（LWFA）强流电子束驱动等离子体尾场加速器（PWFA）的实验结果。在此阶段设置稳定和高质量（低发散和低能量扩散）的电子束产生在PWFA中的光学产生的流体动力学冲击。在PWFA阶段的安排所产生的光束的能量稳定性是可比的单级激光加速器和等离子体尾场加速器驱动的传统加速器。模拟支持的PWFA驱动器的能量波动的固有的不敏感性，可以利用，以克服稳定性的限制，最先进的激光尾场加速器时，添加一个PWFA阶段。此外，我们证明了产生的电子束的能量扩展和发散优于单级LW-FA，导致在束与密集的相空间和角谱电荷密度超出初始驱动光束参数。这些结果清楚地表明，分级LWFA-PWFA可以帮助定制电子束质量的某些应用，并减少波动的激光驱动器对电子束稳定性的影响。这鼓励进一步发展这种新型的分级尾场加速，作为一种可行的方案，走向紧凑，高质量的电子束源。
2022-06-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Convergence in nonlinear laser wakefield accelerators modeling in a Lorentz-boosted frame
激光尾流场加速建模使用洛伦兹提升框架技术的粒子在细胞的代码已经证明了数量级的加速。收敛性研究以前进行的情况下，外部注入的线性政权和非线性政权没有注入，所获得的结果表明收敛的百分比水平。本文对2-1/2维组态中的电子自注入模型进行了收敛性研究。据观察，洛伦兹提升框架技术是能够建模复杂的粒子动力学与显着的加速。这一结果对于缩短未来高精度$10\,\mathrm{GeV}$激光尾场加速器级链建模的计算时间是至关重要的。
2018-03-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effects of the transversely nonuniform plasma density in a blowout regime of a plasma wakefield accelerator
本文基于等离子体电子弹道模型解析研究PWA吹离区横向密度梯度的影响，推导赝势与尾场解，发现其改变气泡形状、产生偶极尾场并使电磁中心偏移，但不会导致不稳定性。
2023-06-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiation Reaction in the Plasma-Based High-Energy Accelerators
在过去的几十年里，由于高功率激光器的进步以及高能粒子束和相对论粒子束的可用性，基于等离子体的加速器取得了巨大的进展。然而，在等离子体尾场中加速的电子（或正电子）受到辐射损失，这通常抑制了束的最终能量增益。本文用试验粒子方法研究了高能等离子体加速器中的辐射反应。详细研究了基于多级激光驱动等离子体尾场加速器和单级质子驱动等离子体尾场加速器的TeV对撞机。结果表明，离轴注入的见证光具有较高的轴向和横向场梯度，对加速粒子的阻尼力较大。质子驱动的等离子体尾场加速电子相比，在多级激光驱动的等离子体尾场加速器中加速的电子损失更少的能量。
2017-12-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-Adaptive Stabilization and Quality Boost for Electron Beams from All-Optical Plasma Wakefield Accelerators
University of Strathclyde（思克莱德大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Heinrich Heine University Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Cockcroft Institute（科克克罗夫特研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；École Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
本文提出利用等离子体光阴极技术提升激光等离子体谐振加速器电子束质量，通过补偿波动实现更稳定的输出。
2025-07-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Scattered-Field Formulation for Coupled Geometric Wakefield and Space Charge Field Simulations in Particle Accelerators
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本文提出了一种用于粒子加速器中耦合几何偶极场和空间电荷场模拟的自洽模型，通过数值方法验证了电磁偶极场对束流质量的影响。
2026-03-12 physics.acc-ph physics.comp-ph
Radiative depolarization of high-energy electron beams in wakefield accelerators
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
研究高能电子束在wakefield加速器中的辐射去偏极化效应，分析辐射效应如何影响束流偏极化，并探讨高能条件下束流与wakefield的对齐关系。
2026-05-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefield regeneration in a resonantly driven plasma accelerator
针对等离子体加速器亮度受重复率和单次电荷量限制的问题，提出利用驱动束团列周期性加载尾场消除能量转移限制，通过AWAKE方案模拟验证，仅用部分驱动列实现加速电荷量翻倍以提升亮度。
2025-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Accurate single-shot measurement technique for the spectral distribution of GeV electron beams from a laser wakefield accelerator
我们提出了一种技术，基于偶极磁谱仪包含多个闪烁屏，精确地表征激光尾流场加速（LWFA）产生的GeV电子束的光谱分布。提出了一种优化算法，并编制了相应的数值计算程序，实现了单次测量电子束角、发散角和能谱的轨迹跟踪和重建。通过与电子束轨迹的蒙特卡罗模拟结果的比较，验证了该程序的有效性。我们应用该方法来分析从激光尾场加速实验中获得的数据，使用多拍瓦激光器加速电子束到多GeV的能量。我们的技术提供了更高的准确性，忠实地表征电子束与不可忽略的拍摄到拍摄的光束指向波动，特别是在国家的最先进的多GeV LWFA实验，以推动能源前沿。
2019-07-04 physics.acc-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
The self-injection threshold in self-guided laser wakefield accelerators
激光脉冲通过等离子体可以激发大振幅的等离子体波，可以用来在很短的距离内加速相对论电子束-一种称为激光尾波场加速的技术。许多尾流场加速实验依赖于破波或自注入的过程，将电子注入到波中，而其他注入技术则依赖于没有自注入的操作。我们提出了一个实验研究的参数，包括脉冲能量，焦斑质量和脉冲功率，决定是否尾场加速器将自注入。通过考虑自聚焦和脉冲压缩的过程，我们能够扩展先前描述的理论模型，其中捕获所需的最小气泡尺寸不是恒定的，而是随密度缓慢变化，并且与该模型非常一致。
2012-01-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Recovery time of a plasma-wakefield accelerator
强粒子束与等离子体的相互作用可产生能够维持千兆伏/米电场的等离子体尾流，其数量级高于最先进的射频技术所提供的数量级。因此，等离子体尾场可以强烈地加速带电粒子，并提供机会，以达到更高的粒子能量与更小，因此更广泛的可用加速器设施。然而，高能物理学和光子科学对亮度和亮度的要求要求，要求粒子束以每秒数千甚至数百万的重复率加速，这比等离子体尾场技术高出几个数量级。在这里，我们调查的重复率的上限束驱动等离子体加速器通过测量所需的时间等离子体恢复到其初始状态后，扰动的尾场。测量的许多纳秒级的恢复时间确立了等离子体中兆赫加速率的原则上的可实现性。扰动的实验签名很好地描述了一个时间演变的抛物线离子通道的模拟，从崩溃的唤醒周围的介质中转移能量。这一结果表明，等离子体尾场模块可以开发为可行的高重复率的能量助推器在当前和未来的粒子物理和光子科学设施。
2022-03-03 physics.acc-ph
Measurement of transverse wakefields induced by a misaligned positron bunch in a hollow channel plasma accelerator
空心通道等离子体尾场加速是一种为电子和正电子提供高加速梯度的方法：这是未来轻子对撞机的关键。然而，从通道轴错位的光束诱导强的横向尾场，偏转光束，降低对撞机的亮度。这种不期望的结果对传播通过通道的光束的对准精度设置了严格的约束。因此，直接测量束流失调引起的横向尾流场是设计缓解策略的必要条件。我们提出的第一个定量测量的横向尾场在一个中空的等离子体通道，诱导离轴20 GeV的正电子束，并与另一个20 GeV的低电荷拖尾正电子探测束测量。测量结果与理论基本一致。
2018-02-25 physics.acc-ph
Scissor-cross ionization injection in laser wakefield accelerators
本文提出在激光尾场加速器中，利用倍频脉冲与驱动脉冲成锐角碰撞来触发电离注入。该方案有效地缩短了喷油持续时间，从而获得了较高的喷油质量。三维粒子模拟结果表明，用~100 TW激光脉冲可以产生能量为~500 MeV、电荷为~40 pC、能散为~1%、归一化发射度为几毫米毫弧度的电子束。通过调节两个脉冲之间的角度、触发脉冲的强度和气体掺杂比，可以控制电子束的电荷和能量扩展。
2021-09-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase velocity and particle injection in a self-modulated proton-driven plasma wakefield accelerator
结果表明，等离子体波的相速度降低对自调制质子驱动等离子体尾场加速器（SM-PDPWA）的性能有很大影响。使用分析理论和粒子在细胞模拟，我们表明，减少是最大的自调制的线性阶段。当不稳定性非线性饱和时，相速度接近驱动器的相速度。尾流动力学对加速电子的最大能量增益的有害影响可以使用电子的侧注入或通过平滑等离子体密度梯度控制尾流的相速度来避免。
2011-07-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quasi-stable injection channels in a wakefield accelerator
研究了初始位置对等离子体尾场中外部注入电子加速的影响。测试粒子模拟显示以前未观察到的复杂结构的参数空间中，与准稳定的注入通道形成的粒子注入在狭窄的区域远离尾流中心。注入这些通道的粒子在失相后在尾流中保持相当长的时间，因此获得比它们的邻居高得多的能量。该结果与利用外部注射的实验的规划和优化有关。
2016-05-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
